REAKSI PELARUTAN U3O8 DENGAN LARUTAN HNO3 DENGAN BATCH MIXING PROCESS

PUTRI FAZRIYANTI, Prof. Ir. Wahyudi Budi Sediawan, S.U., Ph.D.

2015 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Reaksi pelarutan U3O8 dengan larutan HNO3 dengan batch mixing process merupakan salah satu proses awal dalam pembuatan kernel untuk keperluan bahan bakar nuklir. Fokus penelitian ini adalah mengembangkan model diskripsi kuantitatif proses reaksi pelarutan U3O8 dengan larutan HNO3 dan mencari nilai konstanta kecepatan reaksi (k) dan nilai koefisien transfer massa (kc) berbasis data percobaan. Reaksi pelarutan U3O8 dengan larutan HNO3 berlangsung eksotermis yang dijalankan dalam suatu Reaktor Alir Berpengaduk (RAB) yang dilengkapi dengan pemanas listrik bermantel. Variabel proses adalah konsentrasi pelarut dan waktu pelarutan, dimana konsentrasi pelarut yang dipakai sebesar 5,4 N dan 7 N. Model matematis diselesaikan secara numerik dimana nilai k dan kc didapat dengan mencari nilai sum of squre of error dari data penelitian dan hasil simulasi. Pada model matematis, reaksi pelarutan U3O8 dengan larutan HNO3 didekati dengan dua tahapan proses yaitu proses transfer massa di lapisan film cairan dan diikuti dengan reaksi kimia di badan cairan. Reaksi kimia yang terjadi didekati dengan kinetika reaksi order satu terhadap konsentrasi U3O8 dan order satu terhadap konsentrasi HNO3 Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa model diskripsi kuantitatif yang diusulkan cocok dengan data percobaan dan didapat nilai parameter k sebesar 0,6.10-2 cm3/mol.detik dan kc sebesar 1,74.10-9 cm/detik pada konsentrasi pelarut 5,4 N. Pada konsentrasi pelarut 7 N didapat nilai k sebesar 0,47 cm3/mol.detik dan nilai kc sebesar 8,73.10-9 cm/detik . Berdasarkan hasil perhitungan dengan menggunakan parameter M (Hatta Number) didapat nilai M>1 dan simulasi menggunakan berbagai nilai kc dan k maka dapat disimpulkan bahwa tahapan yang mengontrol reaksi pelarutan U3O8 dengan larutan HNO3 adalah transfer massa U3O8 (difusi) dalam lapisan film cairan. Kata kunci : pelarutan U3O8, larutan HNO3, transfer massa, film cairan, kinetika reaksi.

Dissolution reaction of U3O8 with HNO3 in batch mixing process is one of the initial processes in producing kernels for nuclear fuel. This research focused on developing quantitative description of the dissolution reaction of U3O8 and evaluating the reaction rate constant (k) and mass transfer coefficient (kc). Dissolution reaction of U3O8 with HNO3 solution was carried out experimentally in a stirred tank reactor equipped with an alectric heater. Two different HNO3 concentrations were used in the experiment, i.e 5,4 N and 7 N. The mathematical model was solved numerically. The value of sum of squre of error (SSE) of experimental data and simulation result was optimized to obtain reaction rate constanta (k) and mass transfer coefficient (kc). In developing mathematical model of U3O8 dissolution, two consecutive steps were considered, i.e. diffusion of U3O8 through the liquid film and followed by chemical reaction in the liquid bulk. The chemical reaction was assumed to be first order with respect to U3O8 concentration and also first order with respect to HNO3 concentration. The calculated reaction rate constan (k) and mass transfer coeficient (kc) were 0,6.10-2 cm3/mol.s and 1,74.10-9 cm/s, respetively for HNO3 concentration 5,4 N. These two values were found to be higher at HNO3 concentration 7 N, i.e. 0,47 cm3/mol.s for k and 8,73.10-9 cm/s for kc. According to calculated film conversion M parameter (similar to hatta number) was found to be much larger than 1 and simulation conducted at various k and kc values, it can be concluded that the dissolution reaction of U3O8 was controlled by mass transfer U3O8, i.e. diffusion through the liquid film. Keyword : U3O8 dissolution, HNO3 solution, mass transfer, liquid film, reaction kinetic

Kata Kunci : pelarutan U3O8, larutan HNO3, transfer massa, film cairan, kinetika reaksi; U3O8 dissolution, HNO3 solution, mass transfer, liquid film, reaction kinetic